Лабораторная №19

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИСТЕТ»

Инженерная школа энергетики

Отделение электроэнергетики и электротехники

Лабораторная работа №19

ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Вариант 8

Исполнитель:
студент группы 5А8Д					Нагорнов А.В.
Руководитель:
к.т.н., доцент ОЭЭ ИШЭ				Колчанова В. А.

Томск 2020

Цель работы. Экспериментальное исследование цепей переменного тока с последовательным и параллельным соединением элементов и их расчет методом эквивалентных синусоид.

Схемы электрических цепей

Схема, изображенная на рис. 17.3, в которой по ходу работы меняется правая часть (между точками a и b), позволяет снять вольтамперные характеристики каждого из нелинейных элементов (схемы а и б), а также их последовательного (в) и параллельного (г) соединений. В качестве нелинейных элементов используются лампа накаливания (НЭ в EWB) и катушка (L в EWB), параметры схемы выбираются по таблице ниже. ВАХ НЭ задаётся функцией (где m– определяется по номеру варианта).

Номер вар.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
L	1	2	3	4	15	6	7	8	9	10
m	1	2	3	4	15	6	7	8	9	10

а б в г

Рис. 17.3

Рис. 17.3

Программа работы

1. Собрать схемы по рис. 17.3, а, б, г и, изменяя потенциометром напряжение и ток от 0 до 35 мА, экспериментально ВАХ НЭ, катушки, их последовательного и параллельного соединений. Соответствующие друг другу показания амперметра и вольтметра (510 значений) внести в табл. 17.1.

Таблица 17.1

Лампа		Катушка
IЛ	UЛ	IК	UК
мА	В	мА	В
0	0	0	0
353.5	2	22.21	0.056
1414	4	25	0.064
3181	6	28.57	0.073
5654	8	33.33	0.085
8835	10	40	0.102
12720	12	50	0.127
17320	14	66.66	0.170
22620	16	100	0.255

2. Построение ВАХ U_Л(I_Л), U_К(I_К),

3. Расчет фазоамперных характеристик катушки (в EWB = 90) и последовательного соединения нелинейных элементов. Пример расчёта одной строки:

Пример расчёта одной строки:

Для последовательного соединения на основании второго закона Кирхгофа в комплексной форме:

Задаёмся тремя значениями тока:

Для тока по ВАХ катушки и лампы определяем

По ФАХ катушки 24

Для параллельного соединения на основании первого закона Кирхгофа в комплексной форме

Задаёмся тремя значениями напряжения.

Для напряжения по ВАХ катушки и лампы определяем

По ФАХ катушки 160.9

3

Таблица 17.2

Последовательное соединение						Параллельное соединение
мА	В	В	В	град	град	В	мА	мА	мА	град	град
11	9	4		89	23.5	0.6	0.01	2.3	2.3	90.1	89.9
22	13	8		86.8	29.8	1.7	0.5	4.5	5	25.8	0
33	16	13		88.4	38.2	2.8	1.2	7.5	8	65	56.8

4. Построить векторную диаграмму для одной расчётной точки параллельного и последовательного соединения.

Рисунок 17.4 – Последовательное соединение

Рисунок 17.5 – Параллельное соединение

Выводы: Экспериментально исследовали цепи переменного тока с последовательным и параллельным соединением элементов и рассчитали их методом эквивалентных синусоид.

Характер протекания динамических процессов в нелинейных цепях существенно зависит от того, успевают ли свойства нелинейного элемента меняться вместе с изменением тока и напряжения на элементе.

При достаточно быстрых изменениях тока через лампу накаливания (например, при питании ее от сети с частотой 50 Гц) нить лампы имеет в течение периода практически постоянную температуру, а, следовательно, и ее сопротивление R сохраняется неизменным. Поэтому формы кривых тока i и напряжения на лампе u в течение периода будут подобны. Такие элементы являются инерционными.

У безынерционных нелинейных элементов нелинейность проявляется и в отношении мгновенных значений тока и напряжения. Поэтому при подаче на элемент, например, синусоидального напряжения, ток в нем будет иметь форму, отличную от синусоиды. К таким элементам относится катушка индуктивности.

Литература

1. Теоретические основы электротехники: учебник для вузов / К.С.Демирчян, Л.Р.Нейман, Н.В.Коровкин. – 5-е изд. – СПб.: Питер, 2009. – (Учебник для вузов). Т. 2. – 2009. – 432 с.

2. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи: учебник для бакалавров / Л.А.Бессонов. – 11-е изд., перераб. и доп. – М.: Юрайт, 2012. – 701 с.

3. Основы теории цепей / Г.В.Зевеке, П.А.Ионкин, А.В.Нетушил, С.В.Страхов. М.: Энергоатомиздат, 1989. – 528 с.